楊璽 蘇志鵬

上海申元巖土工程有限公司，上海 200011

高速鐵路開通運(yùn)營(yíng)后，在特殊工程地質(zhì)、施工質(zhì)量、列車間歇性高頻動(dòng)荷載等因素的共同作用下，部分路基段及路基-橋梁過(guò)渡段出現(xiàn)了路基不均勻沉降病害，導(dǎo)致無(wú)砟軌道線形偏移，影響行車安全。一般采用扣件調(diào)整技術(shù)對(duì)線路偏移沉降進(jìn)行整治，但是該技術(shù)調(diào)整范圍有限，僅通過(guò)增加墊片補(bǔ)償路基沉降量，治理后不能解決路基沉降脫空的問(wèn)題，沉降病害持續(xù)發(fā)展，不得不頻繁維修。

對(duì)于超過(guò)扣件墊片調(diào)整極限的沉降路段，鐵路維修部門一般采用高聚物淺層注漿抬升工藝進(jìn)行病害整治［1］。利用該工藝整治后，初期能夠緩解線路因沉降產(chǎn)生的不平順，但1~2年內(nèi)出現(xiàn)了重復(fù)不均勻沉降病害，返修后注漿持續(xù)效果不斷縮減，嚴(yán)重路段治理效果僅能維持1~2 個(gè)月。這是由于淺層注漿工藝注漿深度淺，擴(kuò)散半徑較小，材料遇水形成孔泡較大強(qiáng)度低，材料反應(yīng)形成的結(jié)構(gòu)層較薄，導(dǎo)致抬升整治的地段路基靜剛度較低，整治效果難以持續(xù)。

無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升技術(shù)是通過(guò)將改性聚酯注漿材料注入路基基床表層，利用材料反應(yīng)前易流動(dòng)、反應(yīng)時(shí)快速膨脹以及反應(yīng)后快速固結(jié)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)路基的加固和軌道結(jié)構(gòu)的抬升，從路基層面來(lái)治理線路不均勻沉降病害，保障高速鐵路的安全平穩(wěn)運(yùn)行［2-3］。該技術(shù)采用的改性聚酯材料流動(dòng)性強(qiáng)，擴(kuò)散半徑大，不與水反應(yīng)，反應(yīng)抬升速度更快，通過(guò)注入基床進(jìn)行深層加固，能長(zhǎng)期有效地治理不均勻沉降病害。本文結(jié)合一高速鐵路區(qū)段工程案例，介紹無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升技術(shù)在高速鐵路線路不均勻沉降整治工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

一高速鐵路路基區(qū)段采用CRTSⅠ型板式無(wú)砟軌道，軌道結(jié)構(gòu)高757 mm。軌道板寬度為2 400 mm，厚度為190 mm，為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。軌道板板縫間距設(shè)計(jì)為70~90 mm，伸縮縫間距20 m。軌道板下設(shè)CA砂漿調(diào)整層，其設(shè)計(jì)厚度為50 mm。路基混凝土底座寬3 000 mm，高300 mm?；驳讓禹斆?、基床以下路基面自中心向兩側(cè)設(shè)4%排水坡。

根據(jù)前期監(jiān)測(cè)資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，該路基段上行線有不均勻沉降病害，病害區(qū)段長(zhǎng)約10 m，沉降補(bǔ)償?shù)目奂|量較大，鋼軌內(nèi)股、外股最大墊量分別為39.5、43.0 mm，位于兩塊軌道板間伸縮縫附近。沉降分布呈現(xiàn)靠近伸縮縫沉降量大、遠(yuǎn)離伸縮縫兩端沉降量小的等腰三角形沉降的特點(diǎn)（圖1）。線路兩側(cè)有少量泥漿翻出。

圖1 整治前沉降曲線

由于外界水從伸縮縫、側(cè)縫等底座板的嵌縫侵入，使基床表層的細(xì)骨料被軟化成泥狀。在列車高速荷載沖擊振動(dòng)下，承重層下部的泥化軟弱層被擠壓出來(lái)，形成吊空或空隙，導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降。周而復(fù)始，外界水不斷進(jìn)入此空隙，使其逐漸發(fā)展擴(kuò)大，對(duì)線路穩(wěn)定及行車安全造成極大影響。該病害區(qū)段墊量較大，須進(jìn)行不均勻沉降抬升整治。

2 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升技術(shù)

2.1 抬升原理

無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升技術(shù)是采用專用注漿設(shè)備通過(guò)注漿管將雙組分改性聚酯材料注入到無(wú)砟軌道基床的級(jí)配碎石表層，材料發(fā)生反應(yīng)后填充擠密路基土體，并利用材料的膨脹力實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)豎向頂升（圖2），對(duì)不均勻沉降病害進(jìn)行整治。該技術(shù)在實(shí)施時(shí)輔以精密儀器監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)精確抬升。

圖2 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升原理示意

軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升技術(shù)以軌面高程的抬升變化為節(jié)點(diǎn)，分為兩個(gè)關(guān)鍵階段。①基床表層填充擠密階段：利用注漿壓力和材料反應(yīng)前的流動(dòng)性使材料在沉降地段基床表層空隙中擴(kuò)散、填充、固化、擠密，形成改性聚酯-級(jí)配碎石的固化體；②軌道板抬升階段：沉降病害地段基床表層注漿孔附近的空隙被填充滿后，持續(xù)注入的材料發(fā)泡固化，不斷擠壓已形成的改性聚酯-級(jí)配碎石的固化體和周圍土體，在材料反應(yīng)放熱膨脹產(chǎn)生壓力和注漿壓力的液壓傳動(dòng)效應(yīng)下，對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行抬升。

2.2 材料特點(diǎn)

該技術(shù)使用的改性聚酯材料是一種常溫下呈液態(tài)的A、B雙組分的高聚物材料，具有以下特點(diǎn)。

1）良好的流動(dòng)性。該材料在反應(yīng)前流動(dòng)性良好，能在路基表層的空隙中擴(kuò)散、填充。

2）快速反應(yīng)膨脹性。注入路基的材料充分混和后快速反應(yīng)并膨脹固化，在基床表層的級(jí)配碎石孔隙間劈裂、擠壓，形成樹根狀的結(jié)構(gòu)包裹土體。通過(guò)調(diào)整材料中催化劑的比例可以嚴(yán)格控制反應(yīng)速率。

3）水不敏感性。由于施工地點(diǎn)一般在戶外，降水后路基濕潤(rùn)，基床空隙常有外界水聚積。改性聚酯材料不與水發(fā)生反應(yīng)，能排除地下水并保持穩(wěn)定的抗壓強(qiáng)度。

4）抗疲勞性能好。高速鐵路列車荷載是周期性高頻動(dòng)荷載，這要求材料在長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用下具有良好的強(qiáng)度保持和尺寸穩(wěn)定性能。

5）較好的耐久性。服役中的改性聚酯材料在級(jí)配碎石中不僅會(huì)經(jīng)歷溫度和濕度的變化，還可能受到酸、堿性離子的作用，北方地區(qū)工后注漿材料還會(huì)受到凍融循環(huán)作用。為維持抬升后軌道結(jié)構(gòu)的正常使用壽命，要求注漿材料應(yīng)具有較好的耐酸堿性能與抗凍融循環(huán)性能。

6）綠色環(huán)保性。材料本身重金屬（鉛、鎘、鉻、汞）離子含量應(yīng)為未檢出；受水浸泡后注漿材料中有害離子不會(huì)被溶出，不污染地下水；能抵抗真菌霉菌腐蝕。

改性聚酯材料主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。其中耐酸性試驗(yàn)條件為23 ℃硫酸溶液浸泡30 d，pH 值為2；耐堿性試驗(yàn)條件為23 ℃氫氧化鈉溶液浸泡30 d，pH 值為14。

表1 改性聚酯材料主要技術(shù)指標(biāo)

3 施工工藝

3.1 總體流程

為達(dá)到更好的抬升效果，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)病害情況，采用多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)注漿抬升工藝對(duì)沉降地段無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確可控注漿抬升，恢復(fù)設(shè)計(jì)軌面高程，提高線路平順性。施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升工藝流程

3.2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

1）確定施工區(qū)段后，利用電子水準(zhǔn)儀對(duì)軌道板不均勻沉降初始值進(jìn)行測(cè)量，拆除扣件墊板，恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)扣件并擰緊。

2）鉆孔間距、深度、傾斜度、插管深度等應(yīng)按照施工設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格實(shí)施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況保證鉆孔鉆至基床表層。

3）正式施工前對(duì)注漿材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混和反應(yīng)試驗(yàn)，保證材料具有正常的反應(yīng)性能，環(huán)境溫度偏低時(shí)對(duì)材料進(jìn)行預(yù)熱。

4）注漿壓力控制在0.5~1.0 MPa，注漿順序采用對(duì)稱跳孔注漿，從沉降量大的扣件處開始實(shí)施。

5）使用6 臺(tái)注漿設(shè)備進(jìn)行多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)注漿抬升，同時(shí)對(duì)內(nèi)外股各3 組對(duì)稱分布的注漿孔進(jìn)行注漿，按照①→②→③→④→⑤→⑥依次實(shí)施（圖4）。施工全過(guò)程采用3 臺(tái)電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)，保證多點(diǎn)抬升的同步性與精確性。

圖4 多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)注漿抬升施工順序

6）無(wú)砟軌道路基加固與結(jié)構(gòu)抬升注漿施工完成后進(jìn)行軌道精調(diào)。采用硅酮材料對(duì)底座板伸縮縫、側(cè)縫進(jìn)行封閉，對(duì)局部破損的封閉層進(jìn)行恢復(fù)處理，對(duì)砂漿層離縫進(jìn)行注膠填充。

4 整治效果

本次無(wú)砟軌道路基不均勻沉降整治用時(shí)1 個(gè)天窗，高效完成了沉降抬升、軌道精調(diào)和結(jié)構(gòu)破損修復(fù)三項(xiàng)工作，總體整治效果符合預(yù)期。

整治前后扣件墊量對(duì)比見(jiàn)圖5?？芍罕敬握沃凶畲筇繛?9.5 mm；抬升后內(nèi)外股軌道線形基本恢復(fù)平順，內(nèi)股、外股最大墊量分別為5.5、6.5 mm，實(shí)現(xiàn)了精確可控的軌道結(jié)構(gòu)抬升。

圖5 整治前后扣件墊量對(duì)比

鋼軌、軌道板、底座板抬升量見(jiàn)圖6?？芍菏┕ね瓿珊髢?nèi)外股軌面高程基本保持穩(wěn)定，抬升量小于3 mm；內(nèi)外股軌道板抬升曲線與底座板抬升曲線基本一致，說(shuō)明抬升后軌道板與底座板間無(wú)離縫，軌道結(jié)構(gòu)抬升保持同步。

圖6 鋼軌、軌道板、底座板抬升量

現(xiàn)場(chǎng)軌道檢測(cè)結(jié)果表明，該線路左右軌因抬升施工引起的軌距水平變化不超過(guò)2 mm。

注漿過(guò)程中，底座板與基床接縫處有水和泥漿擠出，說(shuō)明底座板下空隙填充密實(shí)，路基加固效果良好。鉆孔取芯均有完整的漿結(jié)物且漿結(jié)物固結(jié)狀態(tài)良好。

在抬升作業(yè)完畢、軌道精調(diào)完成后，當(dāng)日首趟列車限速160 km∕h，而后逐步恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)，最大限度降低了施工對(duì)高速鐵路運(yùn)營(yíng)的影響。

當(dāng)月動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果顯示，注漿抬升施工完成后，軌道質(zhì)量指數(shù)明顯改善，線路的軌道幾何狀態(tài)穩(wěn)定。該整治區(qū)段線路的左右高低峰值顯著降低，施工后峰值均低于2 mm。長(zhǎng)期動(dòng)檢結(jié)果顯示，整治兩年后該施工區(qū)段沉降病害無(wú)復(fù)發(fā)，耐久性較好。

5 結(jié)語(yǔ)

無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升技術(shù)用于整治由路基基床翻漿、脫空引起的線路不均勻沉降病害時(shí)，可在單個(gè)天窗內(nèi)快速、精確抬升軌道結(jié)構(gòu)，恢復(fù)線路平順度，具有較好的應(yīng)用前景。該技術(shù)通過(guò)對(duì)路基基床進(jìn)行深層加固，利用改性聚酯材料的流動(dòng)性及膨脹力實(shí)現(xiàn)對(duì)基床空隙的填充和對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的抬升，施工方法快速便捷，抬升過(guò)程精確可控，整治效果良好耐久。

在進(jìn)行注漿抬升施工前，應(yīng)根據(jù)病害區(qū)段特點(diǎn)計(jì)劃各點(diǎn)抬升順序及抬升量，并在施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，保證病害區(qū)段各點(diǎn)抬升的同步性與精確性。目前國(guó)內(nèi)對(duì)高速鐵路無(wú)砟軌道線路不均勻沉降病害整治的相關(guān)研究處于起步階段，對(duì)于注漿抬升的長(zhǎng)期整治效果、線路橫向偏移糾偏技術(shù)等有待深入研究。